TP de Baixa Potência (LPVT): vantagens e desvantagens em subestações compactas e painéis de média tensão

Uma análise equilibrada dos divisores resistivo-capacitivos frente ao TP indutivo — HVEX | Itajubá, MG

Resumo executivo

A medição de tensão em média tensão foi dominada por décadas pelo transformador de potencial indutivo — robusto e conhecido, mas portador de fragilidades estruturais: ferrorressonância com destruição do equipamento, saturação do núcleo, resposta em frequência limitada e volume incompatível com painéis compactos. O transformador de potencial de baixa potência (LPVT — Low Power Voltage Transformer), baseado em divisores resistivos, capacitivos ou mistos e normalizado pelas partes 7 e 11 da série IEC 61869, oferece uma alternativa: um sinal de tensão de baixa energia, linear em ampla faixa de operação e com resposta em frequência que alcança as ordens harmônicas exigidas pela análise de qualidade de energia.

Este white paper examina a tecnologia com o equilíbrio que a decisão de engenharia exige. Apresenta os fundamentos dos divisores resistivo-capacitivos, as vantagens reais — imunidade à ferrorressonância, linearidade de 10% a 190% da tensão nominal, compacidade e segurança — e, com igual franqueza, as desvantagens e pontos de atenção: potência de saída baixíssima, sensibilidade à carga conectada e ao cabeamento, suscetibilidade a interferências eletromagnéticas e restrições de interoperabilidade. Ao final, apresenta o TP eletrônico HVEX/Brasformer (BDC-10I), com classes de exatidão de até 0,2% e fabricação 100% nacional.

1. Por que repensar a medição de tensão em painéis de média tensão

O TP indutivo é um transformador eletromagnético em miniatura: núcleo de ferro, enrolamentos primário e secundário, saída padronizada de 115 V ou 115/√3 V capaz de alimentar dezenas de volt-ampères. Essa capacidade de potência, herdada da era dos relés eletromecânicos, tornou-se em grande parte desnecessária — um relé digital moderno consome fração de volt-ampère em suas entradas de tensão — mas continua cobrando seu preço: núcleos volumosos, custo elevado e, sobretudo, dois modos de falha bem documentados.

O primeiro é a ferrorressonância: a indutância não linear do núcleo pode entrar em ressonância com capacitâncias do sistema (cabos, barramentos, disjuntores abertos), sustentando oscilações de tensão que sobreaquecem o primário e levam o TP à falha catastrófica — fenômeno recorrente em redes com neutro isolado ou ressonante e em painéis com cabos longos. O segundo é a saturação e a resposta em frequência limitada: projetado para 60 Hz, o TP indutivo apresenta ressonâncias internas tipicamente a partir de poucos quilohertz, distorcendo a medição de harmônicos justamente na faixa exigida pelos estudos de qualidade de energia [3][4][5]. Em subestações compactas, soma-se a restrição física: cada TP indutivo de 24 kV ocupa volume expressivo do cubículo de medição.

2. Fundamentos: divisores resistivos, capacitivos e mistos (IEC 61869-7 e -11)

O LPVT abandona o acoplamento magnético e mede a tensão por divisão de impedâncias. Em um divisor resistivo, a tensão de fase é aplicada a uma cadeia de resistores de alta estabilidade; a saída é extraída sobre o resistor de baixa tensão. Em um divisor capacitivo, o mesmo papel é desempenhado por capacitores em série. A construção mais empregada em sensores de média tensão é o divisor misto resistivo-capacitivo (Figura 1), em que cada braço combina resistor e capacitor em paralelo: ajustando as constantes de tempo dos dois braços, a relação de divisão torna-se independente da frequência em uma faixa muito ampla, unindo a exatidão do divisor resistivo em baixa frequência à estabilidade do capacitivo em alta frequência [3][4][5].

A normalização acompanha a tecnologia: a IEC 61869-7 trata dos transformadores de tensão eletrônicos (com eletrônica ativa de condicionamento) e a IEC 61869-11 dos transformadores de tensão passivos de baixa potência, definindo classes de exatidão (0,1 a 3,0 para medição e 3P/6P para proteção), valores nominais de saída em baixa tensão e os ensaios de tipo — incluindo compatibilidade eletromagnética e desempenho térmico [1][2]. A saída de baixa potência destina-se a cargas de alta impedância: entradas eletrônicas de relés digitais, medidores de qualidade de energia e unidades de aquisição de subestação digital.

Figura 1 – Esquema comparativo: TP indutivo convencional (núcleo de ferro, saída de 115 V com carga de dezenas de VA) e LPVT com divisor resistivo-capacitivo (saída em baixa tensão e baixíssima potência, sem núcleo ferromagnético). Elaboração: HVEX, com base em [1][2][5].

3. Vantagens do LPVT

3.1 Imunidade à ferrorressonância e linearidade

Sem núcleo de ferro não há indutância não linear — e sem indutância não linear não há ferrorressonância. Essa imunidade estrutural elimina de projeto um dos modos de falha mais destrutivos dos painéis de média tensão, dispensando resistores de amortecimento e suas perdas [4][5]. A mesma ausência de ferro garante linearidade em ampla faixa: o TP eletrônico HVEX, por exemplo, opera de 10% a 190% da tensão nominal sem saturação nem polarização de núcleo, reproduzindo com fidelidade tanto afundamentos quanto sobretensões temporárias — exatamente as condições em que o TP indutivo mais distorce [7][8].

3.2 Resposta em frequência e qualidade de energia

O divisor resistivo-capacitivo bem projetado mantém relação de transformação praticamente plana de poucos hertz a dezenas de quilohertz, enquanto o TP indutivo apresenta ressonâncias internas e atenuação acentuada a partir de poucos quilohertz (Figura 2). Na prática, isso significa medir harmônicos até a 50ª ordem (3 kHz em 60 Hz) — e além — com exatidão adequada aos estudos de qualidade de energia, transitórios de manobra e distorções associadas à eletrônica de potência de inversores fotovoltaicos e conversores de frequência [3][4][5].

Figura 2 – Resposta em frequência esquemática da relação de transformação: o LPVT mantém resposta plana por toda a faixa de harmônicos, enquanto o TP indutivo apresenta ressonância interna e atenuação a partir de poucos quilohertz. Elaboração: HVEX, com base em [3][4][5].

3.3 Compacidade e segurança

O sensor resistivo-capacitivo é leve e compacto — frequentemente moldado em resina, integrável a buchas, isoladores de suporte ou conectores — e libera espaço valioso no cubículo, contribuindo para subestações compactas e painéis isolados a ar de menor profundidade. A energia envolvida no secundário é ínfima: um curto-circuito acidental na saída não produz arco perigoso nem danifica o sensor, e a proteção intrínseca de 180 V do TP eletrônico HVEX protege a entrada do relé contra sobretensões [7][8].

4. Desvantagens e pontos de atenção

4.1 Potência de saída baixa

A limitação mais evidente está no próprio nome: a saída de 0,1 VA do TP eletrônico HVEX — valor típico da categoria — não alimenta relés eletromecânicos, bobinas de medidores antigos nem múltiplas cargas em paralelo [8]. O LPVT pressupõe relés digitais com entradas de alta impedância; instalações que precisem alimentar cargas convencionais exigem amplificadores de potência dedicados (a HVEX oferece versões amplificadas e o transdutor universal para essas aplicações [8][9]), o que adiciona custo e um elemento ativo à cadeia.

4.2 Sensibilidade à carga e ao cabeamento

Em um divisor de impedâncias, tudo o que se conecta à saída passa a fazer parte do divisor. A impedância de entrada do relé, a capacitância do cabo e até o comprimento do percurso alteram a relação de transformação e o ângulo de fase; por isso os fabricantes especificam carga mínima de megaohms, cabos blindados de tipo e comprimento definidos e calibração do conjunto sensor + cabo. Substituir o cabo por outro de característica diferente, ou derivar o sinal para um segundo equipamento, degrada a classe de exatidão — disciplina de projeto que o TP indutivo, tolerante a variações de burden, não exigia [3][4].

4.3 Interferências, temperatura e interoperabilidade

O sinal de saída em volts (ou frações de volt) é ordens de grandeza menor que os 115 V do TP convencional, tornando o LPVT mais suscetível a interferências eletromagnéticas e ao acoplamento capacitivo das fases adjacentes — mitigados por blindagem interna, pares trançados blindados e aterramento correto, e verificados pelos ensaios de imunidade da série IEC 61000-4 exigidos na IEC 61869-11 [2][7]. A estabilidade térmica dos resistores e capacitores define a exatidão de longo prazo, devendo constar dos ensaios de tipo. Por fim, a interoperabilidade ainda merece atenção: saídas, conectores e relações variam entre fabricantes, e a substituição cruzada de sensores exige verificação de compatibilidade com o relé — situação em evolução com a consolidação da IEC 61869 [1][2][6].

5. O TP de Baixa Potência HVEX (BDC-10I)

O TP eletrônico HVEX é um transformador de potencial de baixa potência desenvolvido pela HVEX e fabricado pela Brasformer, com matriz de fabricação totalmente nacional. Projetado para painéis de medição, sistemas de automação e proteção de subtensão e sobretensão em redes de até 36 kV, combina alta linearidade (10% a 190% da tensão nominal), imunidade à ressonância e parametrização via aplicativo, e atende às normas IEC 61869-11, IEC 60529, IEC 60255-21, IEC 60068-2, IEC 60060-1 e à série IEC 61000-4 de compatibilidade eletromagnética [7][8].

5.1 Aplicações típicas

•       Painéis de medição e cubículos de média tensão compactos, com relés digitais dedicados;

•       Proteção de subtensão, sobretensão e diferencial de tensão (ANSI 27, 59 e 87V);

•       Composição do Conjunto de Proteção HVEX, com TC eletrônico e relé digital multifunção;

•       Monitoramento contínuo de tensão com identificação de faltas permanentes e temporárias;

•       Sistemas de automação industrial e redes inteligentes, com parametrização via aplicativo.

Importante: o equipamento não é adequado para relés eletromecânicos; para cargas que exijam maior potência, a HVEX disponibiliza versões com circuito amplificador e a linha de transdutores universais com saídas padronizadas 0-10 V, 0-20 mA e 4-20 mA [8][9].

6. Benefícios operacionais mensuráveis

Nos cenários adequados — painéis novos ou modernizados com relés digitais — o LPVT entrega ganhos concretos: eliminação de um modo de falha catastrófico (ferrorressonância) e das perdas dos circuitos de amortecimento; medição fiel em toda a excursão de tensão, melhorando o desempenho das funções 27/59 e o registro de afundamentos; capacidade de análise harmônica compatível com os requisitos de qualidade de energia do PRODIST; redução de volume e peso do cubículo de medição; e segurança elevada no comissionamento e na manutenção pela baixíssima energia do secundário. O balanço deve considerar as contrapartidas — cabeamento dedicado, disciplina de cargas e dependência de relés digitais —, que em projetos bem especificados se traduzem apenas em boas práticas de engenharia, não em custos recorrentes [4][5][7].

7. Conclusão

O LPVT não é a substituição universal do TP indutivo — é a escolha racional para um conjunto crescente de aplicações. Onde houver painéis compactos, relés digitais, exigência de análise harmônica ou histórico de ferrorressonância, o divisor resistivo-capacitivo oferece desempenho superior com menos volume e mais segurança; onde persistirem cargas eletromecânicas ou infraestrutura de secundário legada, o TP convencional ou as versões amplificadas continuam tendo lugar. A decisão madura parte do levantamento das cargas, do cabeamento e dos requisitos de exatidão de cada vão.

A HVEX apoia essa decisão com engenharia nacional: o TP eletrônico HVEX/Brasformer, o Conjunto de Proteção e a linha de transdutores universais cobrem desde o sensor até a integração com o relé e o SCADA. Acesse hvex.com.br para o datasheet completo do TP de baixa potência, ou agende uma conversa técnica com nossa equipe em Itajubá-MG.

Fotos reais

Referências

[1] IEC 61869-7, Instrument transformers – Part 7: Electronic voltage transformers. IEC, Genebra.

[2] IEC 61869-11, Instrument transformers – Part 11: Additional requirements for low-power passive voltage transformers. IEC, Genebra.

[3] CIGRÉ. Identification of capacitor divider parameters used in CVTs for condition evaluation and future power quality measurement applications. CSE Journal n. 31, 2023. https://cse.cigre.org/cse-n031/identification-of-capacitor-divider-parameters-used-in-cvts-for-condition-evaluation-and-future-power-quality-measurement-applications.html

[4] SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES (SEL). Low-Power Instrument Transformers: Ideal for Digital Secondary Systems. https://selinc.com/api/download/141305/

[5] ARTECHE. Voltage sensors – ferroresonance-free medium voltage sensing (documentação técnica). https://www.arteche.com/en/voltage-sensors

[6] ABB. Smart Medium Voltage Switchgear with LPITs and IEC 61850 – Experiences after 10 years and the next evolution. CIRED 2025, Paper 766. https://library.e.abb.com/public/1b838d2e6b5d4ed6badd7521be20d3c1/9AKK108471A3798_en_A_CIRED%202025%20-%20Smart%20Medium%20Voltage%20Switchgear%20with%20LPITs%20and%20IEC%2061850%20-%20Experiences%20after%2010%20years%20and%20the%20next%20evolution_White%20paper.pdf

[7] HVEX. Transformador de Potencial de baixa potência – página do produto. https://hvex.com.br/solutions/medicao-e-monitoramento/transformador-de-potencial-de-baixa-potencia

[8] HVEX. Transformador de Potencial de Baixa Potência (BDC-10I) – Datasheet técnico HVEX/Brasformer. https://space-website.nyc3.digitaloceanspaces.com/produtos-datasheet/1740400900956-Transformador_de_Potencial_de_Baixa_Potencia_Brasformer_Datasheet.pdf

[9] HVEX. Transdutores HVEX – Datasheet técnico (linha de transdutores universais). Documentação técnica HVEX.